1.Анализ современных тарельчатых кизельгуровых фильтров

1. Технология и машинно-аппаратурная схема фильтрования пива

Типичная схема системы фильтрования пива приведена на рис. 1. В реальном производстве эта схема может отличаться типом применяемых фильтров, а также дополнительным наличием или отсутствием некоторых видов оборудования, например, теплообменника - переохладителя, сепаратора, обеспложивающего фильтра и т. п.

Рис.1

Д

5

ля снижения потерь диоксида углерода и более полного удаления холодной белковой мути пиво перед фильтрованием охлаждают до –1,5 °С в теплообменнике-переохладителе-1. Затем пиво разделяется на фракции в сепараторе – 2 и поступает в буферный сборник нефильтрованного пива – 3 (вместимость рассчитывают на 20-30 минут работы фильтра), в котором обеспечивается избыточное давление. Кизельгур и вода поступают в сборник для приготовления суспензии кизельгура – 4, затем установлен сборник для дозирования кизельгура-5. Пиво пропускается через кизельгуровый фильтр – 6, в сборник 7 собирается отработанный кизельгур (подсушенный сжатым воздухом до влажности не более 65–70%), после этого кизельгур благодаря центробежной силе сбрасывается с поверхности тарелок и удаляется из корпуса фильтра через специальный штуцер (продолжительность этой операции составляет около 40 мин). 8 – емкость для регенерации ПВПП (поливинилполипирролидон) (восстановление ПВПП осуществляют 2-кратной промывкой 1–2% - ным раствором NaOH при температуре 80–85 °С;

при этом в щелочной среде происходит разрушение водородных связей, образовавшихся между ПВПП и полифенолами), 9 – фильтр ПВПП, 10 – трап-фильтр, который необходим для задерживания мельчайших частиц кизельгура и ПВПП, проникнувшие через сетчатые или щелевые опорные элементы. Далее отфильтрованное пиво поступает в буферный сборник для фильтрованного пива – 11, вместимость которого, как правило, постоянна и для промышленных фильтровальных установок составляет 12 гл. [6, c. 563]

2. Назначение и классификация фильтров для пива

Фильтры для пива классифицируют по следующим специальным признакам (табл. 1):

• по функциональному назначению;

• конструктивному устройству фильтрующих элементов;

• ориентации фильтрующих элементов в пространстве;

• наличию корпуса;

• типу фильтровальных материалов;

• способу замены отработанного фильтровального материала;

• способу мойки;

• степени контроля и управления процессом .

Таблица 1

Классификация фильтров для пива

Морфологический признак	Варианты исполнения
	а	Б	в	г	д	е
Функциональность	Осветле-ние	Обеспло-живание	Коллоид-ная стаби-лизация	Освет-ление и обес-пложи-вание
Конструктивное устройство	Рамные	Тарельча-тые	Патрон-ные
Ориентация фильтрующих элементов в пространстве	Горизон-тальные	Вертикаль-ные
Наличие корпуса	Бескор-пусные	Корпусные
Тип фильтровальных материалов	Картон	Кизельгур	ПВПП	Мемб-раны поли-мерные	Мембраны из неоргани-ческих материалов
Замена отработанного фильтровального материала	Ручная	Механизи-рованная и автомати-зированная
Мойка	Разбор-ная ручная	Безразбор-ная механизи-рованная и автомати-зированная
Степень контроля и управления процессом	Ручное	Полуавто-матизиро-ванное	Автоматизиро-ванное

По функциональному назначению различают фильтры:

• для осветления пива, обеспечивающие его прозрачность и биологическую стабильность;

• для обеспложивания пива, обеспечивающие его более высокую биологическую стабильность;

• для стабилизирующего фильтрования пива, обеспечивающие его коллоидную стабильность;

• комбинированные фильтры, обеспечивающие осветление и обеспложивание пива.

По конструктивному устройству фильтрующие элементы различают на плоскорамные, тарельчатые, патронные.

В связи с этим в современной пивоваренной индустрии для фильтрования пива применяют преимущественно: рамные фильтр-прессы; тарельчатые и патронные фильтры.

Патронные фильтры для фильтрования пива через намывной слой кизельгура в пивоварении часто называют свечевыми. Современные горизонтальные тарельчатые и патронные кизельгуровые фильтры обеспечивают практически одинаковое качество фильтрованного пива. Помимо фильтрования пива через кизельгур, патронные фильтры (но с патронами других типов и на основе иных фильтровальных материалов) находят также применение в качестве трап-фильтров, а также для тонкого фильтрования и микрофильтрации пива и напитков.

По ориентации фильтрующих элементов в пространстве различают горизонтальные и вертикальные фильтры, в которых фильтрующие элементы расположены соответственно горизонтально или вертикально.

По наличию корпуса различают бескорпусные и корпусные фильтры. Первые не имеют специального корпуса, а во вторых фильтрующие элементы размещают в герметичном корпусе.

По типу фильтровальных материалов различают фильтры, в которых в качестве фильтровальных перегородок используют волокнистые материалы (картоны, ткани и т. п.), полимерные мембраны и порошкообразные материалы (кизельгур, ПВПП, диатомит, перлит), намываемые в качестве фильтровального слоя на опорные элементы.

По способу замены отработанного фильтровального материала различают фильтры, в которых эту операции осуществляют вручную, и фильтры, в которых она механизирована и автоматизирована.

По способу мойки различают фильтры с ручной, а также с механизированной и автоматизированной безразборной мойкой.

По степени контроля и управления процессом различают фильтры с ручным, полуавтоматизированным и автоматизированным управлением. [6, c. 566-567]

3. Современные конструкции кизельгуровых фильтров

Наиболее перспективными типами фильтров для осветления пива с применением кизельгура являются тарельчатые (горизонтальные) и патронные. Благодаря абсолютной герметичности конструкции, комплексных автоматизации и механизации, возможности программного управления эти фильтры способствуют повышению культуры труда на пивоваренном предприятии.

Существующие конструкции рамных фильтр-прессов не имеют очевидных перспектив применения прежде всего из-за более высоких эксплуатационных затрат, необходимости применения в качестве опорных элементов недолговечных картонов и чрезвычайно низкого уровня механизации, поскольку замена опорного картона, выгрузка отработанного кизельгура и промывка фильтра осуществляются вручную. В ближайшие годы применение рамных фильтр-прессов будет ограничиваться пивоваренными предприятиями малой мощности, но и там они будут постепенно вытесняться более эффективными горизонтальными тарельчатыми или патронными фильтрами.

Одним из важных технологических преимуществ горизонтальных тарельчатых фильтров является то, что при пуске и остановке фильтра, а также при переходе с одного сорта пива на другой не происходит образования некондиционного пива и, следовательно, нет необходимости в его утилизации. Горизонтальное расположение намывного слоя позволяет вытеснять пиво из фильтра не водой (или воду — пивом), как это осуществляют в других типах фильтров, а диоксидом углерода, что абсолютно исключает смешивание пива с водой.

Горизонтально расположенный намывной слой более устойчив к гидравлическим ударам и не спадает даже при внезапных перебоях в подаче электроэнергии. Горизонтальный фильтр можно выключать на некоторое время (например, на ночь), не опасаясь за целостность намывного слоя, а затем, после многочасового простоя, продолжать фильтрование. В некоторых конструкциях патронных фильтров для предотвращения разрушения намывного слоя при внезапном прекращении подачи электроэнергии приходится использовать специальное предохранительное устройство.

Выгрузка отработанного кизельгура из горизонтального тарельчатого фильтра осуществляется автоматически, причем как в сухом, так и во влажном виде. В первом случае предварительно подсушенный воздухом кизельгур с влажностью не более 65–70% сбрасывается с поверхности тарелок центробежной силой, а во втором — смывается водой.

В патронном фильтре остатки пива выдавливают водой, поэтому в отработанном кизельгуре содержится 88–90% воды.

При грубом нарушении технологического режима и перегрузке фильтра кизельгуром может произойти повреждение опорных элементов. При этом конструктивным преимуществом горизонтального тарельчатого фильтра является возможность визуального выявления и индивидуальной замены лишь поврежденного опорного элемента.

Определить визуально поврежденные опорные элементы в патронном фильтре практически невозможно, что приводит к необходимости замены всего комплекта патронных элементов, а это сопоставимо со стоимостью всего фильтра.

К недостаткам горизонтального тарельчатого фильтра следует отнести более сложную конструкцию, применение в ней привода, вращающихся и, следовательно, изнашивающихся деталей, необходимость установки его на фундамент, обеспечивающий гашение динамических нагрузок, возникающих при вращении вала в процессе выгрузки отработанного фильтровального материала.

В то же время патронные фильтры лишены этих недостатков, конструктивно просты, эффективны и экономичны в эксплуатации, удобны в обслуживании. [6, c. 584-587]

3. Техническое обоснование темы проекта

Цель курсового проекта – усовершенствование тарельчатого кизельгурового фильтра мощностью 10 млн. дал в год, обеспечивающего более высокое качество и эффективность процесса фильтрования, а также снижение энергозатрат на процесс фильтрования при получении пива. Данная цель будет достигнута путём подбора оптимальных габаритных размеров фильтра, площади поверхности фильтрования, выбора параметров технологического процесса фильтрования.

1.5 Задачи проекта

Для достижения цели проекта были поставлены следующие задачи:

1. Рассмотреть современные фильтры, выявить их преимущества и недостатки

2. Провести классификацию современных фильтров

3. Рассмотреть машинно-аппаратурную схему фильтрования пива

4. Определить технические характеристики, обеспечивающие повышение эффективности и качества процесса фильтрования, а также уменьшение энергозатрат на процесс фильтрования пива

5. Провести инженерные расчёты, подтверждающие работоспособность проектируемого оборудования

6. Изучить литературу, описывающую тарельчатые кизельгуровые фильтры

7. Дать рекомендации по монтажу, эксплуатации, ремонту и технике безопасности и охране труда при использовании данного оборудования